表观遗传学概念
分子生物学之表观遗传学
分子生物学：表观遗传学表观遗传学( epigenetics):指非基因序列变化导致的基因表达的可遗传的改变。
细胞中生物信息的表达受两种因素的调控：遗传调控提供了“生产’维持生命活动所必需的蛋白质的“蓝本”，而表观遗传调控则指导细胞怎样、何时和何地表达这些遗传信息。
表观遗传学研究的主要内容：DNA的甲基化，染色质的物理重塑和化学修饰，非编码RNA基因调节。
依赖ATP的染色质的重塑由ATP水解释放的能量可以使DNA和组蛋白的构象发生改变；包括DNA的甲基化和组蛋白N端尾巴上特殊位点的化学基团修饰，同样可以直按或间接地影响染色质的结构和功能。
二者之间相互渗透，相互作用，共同影响着染色质的结构和基因的表达。
此外，近些年发现转录组(transcriptome)中组有多种非编码RNA广泛参与基因表达调控，非编码RNA的基因调节也可属于表观遗传学的研究的范畴。
DNA甲基化的概况DNA的甲基化既可以发生在腺嘌呤的第6位氮原子上，也可以发生在胞嘧啶的第5位碳原子上。
*在真核生物中，DNA甲基化只发生在胞嘧啶第5位碳原子上。
真核DNA甲基化由DNA甲基转移酶(Dnmt, DNA methyltransferase)催化，S-腺苷甲硫氨酸(SAM, S-adenosyl methionine)作为甲基供体，将甲基转移到胞嘧啶上，生成5一甲基胞嘧啶(5-mC)。
在哺乳动物中，DNA甲基化主要发生在CpG双核苷酸序列，全部CG二核苷酸中约70%~80%的C是甲基化（mCpG), 所以CpG称为甲基化位点。
CG抑制:DNA中CG的排列出现的概率小于期望值1/16（A42+4=16），如人的基因组中CG排列小于1%，而非随机期望的约6%（1/16）.基因组中的CpG位点并非均一分布。
在某些区域中(大约有300～3 000 bp)，CpG位点出现的密度高(50%或更高），这些区域即所谓的CpG岛。
大部分CpG岛(>200bp, C+G含量=/>50%. CpG观测值/期望值=/>0.6) 位于基因的5’端，包括基因的启动子区域和第一外显子区，而且60%的人类(哺乳动物40%)基因组的启动子区都含有CpG岛(几乎所有管家基因都存在CpG岛），它们在基因表达调控中可能发挥着重要的作用。
表观遗传学
机制1：一个转录因子独立地与核小体DNA结合(DNA可以是核小体或核小体之间的),然后,这个转录因子再结合一个重塑因子,导致附近核小体结构发生稳定性的变化,又导致其他转录因子的结合,这是一个串联反应的过程;（重建）
机制2：由重塑因子首先独立地与核小体结合,不改变其结构,但使其松动并发生滑动,这将导致转录因子的结合,从而使新形成的无核小体的区域稳定。（滑动）
遗传印迹、X染色体失活的本质仍为DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑。
概念：
或称亲本印迹（parent imprinting）
是指基因组在传递遗传信息的过程中，通过基因组的化学修饰（DNA的甲基化；组蛋白的甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化等）而使基因或DNA片段被标识的过程。
特点：
基因组印迹依靠单亲传递某种性状的遗传信息，被印迹的基因会随着其来自父源或母源而表现不同，即源自双亲的两个等位基因中一个不表达或表达很弱。
表观遗传学
大家晚上好！很高兴有机会和大家交流，我最近看了一些这方面的材料，借这个机会和大家交流一下，讲的不一定对，就是自己的理解，有问题的地方大家可以讨论。我想从以下几个方面进行介绍：
1、表观遗传学概念
2、表观遗传学的研究内容
一、表观遗传学概念
经典遗传学认为遗传的分子基础是核酸,生命的遗传信息储存在核酸的碱基序列上，碱基序列的改变会引起生物体表现型的改变，而这种改变可以从上一代传递到下一代。然而，随着遗传学的发展，人们发现,，DNA、组蛋白、染色质水平的修饰也会造成基因表达模式的变化，并且这种改变是可以遗传的。这种基因结构没有变化，只是其表达发生改变的遗传变化叫表观遗传改变。表观遗传学是一门研究生命有机体发育与分化过程中，导致基因发生表观遗传改变的新兴学科。
表观遗传
组蛋白乙酰化的生物学功能
1.激活基因转录 2.参与DNA损伤修复 3.一些染色质功能区组蛋白乙酰化可造成生长抑制 4.与细胞分化及原肠胚发育有关
组蛋白甲基化
定义：组蛋白甲基化是指发生在H3和H4蛋白质N端赖氨酸 或者精氨酸残基上的甲基化，由组蛋白甲基转移酶介导催 化 主要相关酶类： 1、组蛋白甲基转移酶 精氨酸甲基转移酶、赖氨酸甲基转移酶； 2、组蛋白去甲基化酶
表观遗传学A序列未发生改变， 而基因表达及基因功能的诱导和维持却发生可遗 传变化的科学。
表观遗传学的意义
• 受困于经典的分子生物学理论，现代遗传学的发展曾经受 到极大的阻碍；表观遗传学的出现，修补了经典理论，开 创了遗传学研究的新局面。 • 表观遗传学的研究已经成为基因组测序后的人类基因组重 大研究方向之一。这一飞速发展的科学领域从分子水平揭 示了复杂的生物学现象，为解开人类和其它生物的生命奥 妙、造福人类健康带来了新希望。
组蛋白甲基化过程
组蛋白去甲基化
1. LSD1(赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1)家族： 仅作用于 单甲基化或双甲基化，对三甲基化无作用； 2. JHDM(含有JmjC结构域的组蛋白去甲基化酶)家族：可作 用于三甲基化位点。
DNA甲基化过程
DNA甲基化抑制基因表达
DNA甲基化模式可以在DNA复制后被保存下来
DNA甲基化的生物学功能
1.DNA甲基化抑制基因表达 2.建立特定的基因表达模式：组织特异性、生殖特异性等 3.与基因印记、X染色体失活有关
CpG岛
定义：在结构基因的5‘端调控区域，CpG二联核苷常常 以成簇串联形式排列，这种富含CpG二联核苷的区域称为 CpG岛。 CpG岛大小为500-1000bp,约56%的编码基因含该结构； CpG岛中CG二核苷酸含量大于50%，且CpG岛通常分布 在基因的启动子区域. 当一个基因的启动子序列中的CpG岛被甲基化以后，尽管 基因序列没有发生改变，但基因不能启动转录，也就不能 发挥功能，导致生物表型的改变。 CpG岛的甲基化会稳定核小体之间的紧密结合而抑制基因 的表达
表观遗传学调控基因表达
表观遗传学调控基因表达随着科学技术的发展，人们对基因和遗传的认识越来越深入。
人们了解到，一个人的外表、智力、健康、甚至行为等方面都与基因密切相关。
但是，基因并不等于命运，它只是生命的基础单位，真正起作用的则是基因的表达。
表观遗传学就是探究基因表达调控的科学，它在传递基因信息的同时，也对环境信号进行反馈，从而影响细胞命运和个体表现。
表观遗传学的基本概念表观遗传学是生物学的一个分支，它的定义是：通过改变基因表达方式而导致个体构型和特征发生变化的一门学科。
它不同于遗传学，后者主要关注基因序列和遗传物质在代际间的传递和变异，而表观遗传学则关注基因表达状态的可塑性和调控机制。
表观遗传学的主要内容包括：修饰基因组和染色体结构，调控基因表达过程中的转录、RNA加工、翻译、修饰等环节，以及细胞信号通路和染色质构象等方面。
这些内容在生物体的发育、适应和记忆等过程中都扮演着至关重要的角色。
表观遗传学的调控机制表观遗传学的调控机制非常复杂，涉及多种因素和分子间的相互作用。
但是，总体来说，它是通过两种模式来实现的：一种是转录后修饰，即成熟RNA的修饰和加工；另一种是转录前和转录时的调控，即DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等等。
其中，DNA甲基化是最为重要的一种表观遗传修饰方式之一。
它是指DNA中的甲基基团（一种碳氢化合物）与碱基结合，通过增加甲基化程度来改变基因的开/闭状态，从而影响基因的表达。
甲基化可以发生在DNA九十九分之九的胞嘧啶上，形成5-甲基胞嘧啶（5-mC），在一些细胞中还会进一步地转化成5-羟甲基胞嘧啶（5-hmC）。
另外，组蛋白修饰也是表观遗传调控中很重要的一环。
组蛋白是染色体上最基本的构成单元，是由8个小分子蛋白组成的核小体的主体。
组蛋白中含有不同类型、数量和位置的氨基酸残基（例如赖氨酸、精氨酸、苏氨酸等），它们的乙酰化、甲基化、磷酸化等状态都会影响DNA在染色体上的紧密程度和基因的启动和终止。
表观遗传学(研究生课件)
染色质重塑的研究方法
• 研究染色质重塑的方法包括遗传学方法、生物化学方法以及显 微镜技术等。遗传学方法包括基因敲除和转基因技术等，可以 用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的功能。生物化学方法 包括蛋白质纯化和结晶化技术、质谱分析和代谢组学技术等， 可以用于研究染色质重塑酶和组蛋白修饰酶的相互作用和生物 化学性质。显微镜技术则可以用于观察染色质结构和动态变化。
基因组学方法
通过基因组学技术，研究非编码RNA的基因组位置、 序列和结构等信息。
转录组学方法
通过转录组学技术，研究非编码RNA的表达水平和转 录本信息。
蛋白质组学方法
通过蛋白质组学技术，研究非编码RNA对蛋白质表达 和功能的影响。
05
表观遗传学与疾病
表观遗传学与肿瘤
肿瘤表观遗传学
研究肿瘤发生发展过程中表观遗传机 制的改变，包括DNA甲基化、组蛋白 修饰和非编码RNA等。
表观遗传学的研究内容
总结词
表观遗传学的研究内容包括表观遗传修饰的机制、表观遗传与疾病的关系以及表观遗传修饰的干预策 略。
详细描述
表观遗传学研究DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调控等机制，探讨这些修饰如何影响基因表达 和细胞功能。同时，研究表观遗传学与各种疾病的关系，包括癌症、神经退行性疾病和代谢性疾病等 。此外，还研究如何通过干预表观遗传修饰来治疗疾病。
表观遗传学的重要性
总结词
表观遗传学在理解生物学过程、疾病机制和治疗策略方面具有重要意义。
详细描述ห้องสมุดไป่ตู้
表观遗传学在理解细胞分化、胚胎发育和衰老等生物学过程中发挥关键作用。同时，表观遗传学与许多疾病的发 生和发展密切相关，为疾病的诊断和治疗提供了新的视角。此外，表观遗传修饰的可逆性为疾病治疗提供了潜在 的干预策略，有助于开发新的治疗方法和药物。
表观遗传学1
2012年3月7日 年 月 日
1
概
表观遗传学的特点： 表观遗传学的特点
述
可遗传的， 可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数 分裂，能在细胞或个体世代间遗传； 分裂，能在细胞或个体世代间遗传； 可逆性的基因表达调节， 可逆性的基因表达调节，也有较少的学者描 述为基因活性或功能的改变； 述为基因活性或功能的改变； 没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来 没有DNA序列的改变或不能用DNA序列变化来 DNA序列的改变或不能用DNA 解释。 解释。
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DNA甲基化和组蛋白甲基化的联系 甲基化和组蛋白甲基化的联系
二者可以联合作用以建立一种长期的沉默， 二者可以联合作用以建立一种长期的沉默，并且 可通过DNA复制传递下去 复制传递下去 可通过 组蛋白甲基化与DNA甲基化在功能上相偶联 甲基化在功能上相偶联 组蛋白甲基化与 组蛋白（H3K9)的甲基化是指导 的甲基化是指导DNA的甲基化的 组蛋白（ 的甲基化是指导 的甲基化的 一个常规信号（因为DNA甲基转移酶并不具有 一个常规信号（因为 甲基转移酶并不具有 DNA序列特异性） 序列特异性） 序列特异性
概
述
表观遗传学是与遗传学(genetic)相对应的概念。遗传学是指基于基因序列 表观遗传学 改变所致基因表达水平变化，如基因突变、基因杂合丢失和微卫星不稳定 等；而表观遗传学则是指基于非基因序列改变所致基因表达水平变化，如 DNA甲基化和染色质构象变化等 DNA甲基化和染色质构象变化等； 甲基化和染色质构象变化等；
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6
一、DNA甲基化 DNA甲基化
CpG 频 率
5’
Rb基因 Rb基因
3’
2024年表观遗传学课件
表观遗传学课件一、引言表观遗传学是研究基因表达调控机制的一门学科，它涉及到基因序列不发生变化，但基因表达却发生了可遗传的改变。
这种调控机制对于生物体的生长发育、细胞分化、疾病发生等过程具有重要作用。
本文将对表观遗传学的基本概念、调控机制及其在疾病中的应用进行详细阐述。
二、表观遗传学的基本概念1.基因表达调控：基因表达调控是指生物体通过一系列机制，控制基因在特定时间和空间的表达水平。
基因表达调控是生物体生长发育、细胞分化、环境适应等生命现象的基础。
2.表观遗传修饰：表观遗传修饰是指在基因的DNA序列不发生改变的情况下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等机制调控基因表达的过程。
3.表观遗传学的研究内容：表观遗传学主要研究基因表达调控的分子机制，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA调控等。
三、表观遗传学的调控机制1.DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的催化下，将甲基基团转移至DNA分子的过程。
DNA甲基化通常发生在基因的启动子区域，抑制基因表达。
2.组蛋白修饰：组蛋白修饰是指在组蛋白分子上发生的一系列化学修饰，如乙酰化、磷酸化、甲基化等。
这些修饰可以改变组蛋白与DNA的结合状态，从而调控基因表达。
3.染色质重塑：染色质重塑是指染色质结构发生变化，使基因的表达状态发生改变的过程。
染色质重塑可以通过改变核小体结构、DNA甲基化、组蛋白修饰等方式实现。
4.非编码RNA调控：非编码RNA是指不具有编码蛋白质功能的RNA分子，包括miRNA、lncRNA、circRNA等。
这些RNA分子可以通过与mRNA结合、调控转录因子活性等方式调控基因表达。
四、表观遗传学在疾病中的应用1.癌症：表观遗传学在癌症研究中的应用主要涉及肿瘤发生、发展和治疗。
研究发现，癌细胞的表观遗传修饰模式发生改变，导致肿瘤相关基因的表达异常。
通过研究这些表观遗传修饰，可以为癌症的早期诊断、预后评估和治疗提供新靶点。
遗传学中的表观遗传学
遗传学中的表观遗传学遗传学是研究遗传现象的一门学科，而表观遗传学则是一种较新的遗传学分支，它主要研究外部环境和内部信号对基因表达的影响，并且这种影响会传递到下一代。
表观遗传学解释了一些传统遗传学无法解释的现象，如同样基因产生不同表型。
它的涉及领域很广，可以涉及从植物病原体和人类心理和行为等众多方面，但本文将主要关注人类。
表观遗传学的研究对象是表观遗传现象。
表观遗传现象是指基因表达及其遗传效应在不更改DNA序列的情况下受到可逆的外部和内部因素（如环境、生活方式等）影响的现象。
表观遗传现象部分是通过DNA甲基化和组蛋白修饰等机制实现的。
这些机制可以影响染色体的外观和结构，从而影响基因表达和遗传效应。
表观遗传学的研究内容包括五个方面：全基因组测序（whole-genome sequencing），表观转录组学（epigenetic transcriptomics），表观蛋白组学（epigenetic proteomics），表观代谢组学（epigenetic metabolomics）和表观表型学（epigenetic phenomics）。
其中最重要的是全基因组测序，因为它可以提供基因组序列的精确信息，为其他方面的研究提供了基础信息。
表观遗传学的研究进展和应用广泛。
它被广泛应用于疾病诊断和治疗方面。
例如，人类表观遗传变异普遍存在于许多疾病中，包括心血管疾病、肿瘤、神经退行性疾病和自闭症等。
通过研究表观遗传变异可拓展新的治疗手段，如利用甲基化剂、组蛋白去乙酰化剂等药物以及RNAi等手段。
表观遗传学在临床应用中也发挥了重要作用。
例如，在肝脏移植中，表观遗传修饰的表型识别可帮助医生确定最佳供体。
此外，表观遗传学还可以提供一种还原精神创伤后代遗传变异的手段。
比如研究带有同样精神创伤的受影响家族，可以确定潜在表观遗传病因和未来治疗方案。
表观遗传学的挑战仍然存在。
首先是标准化。
表观遗传学的实验方法和数据分析技术尚不完全统一，因此利用不同实验室生产的数据进行综合研究困难很大。
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表观遗传学概念
一、引言
表观遗传学是研究基因表达和细胞分化过程中的可逆性修饰，以及这
些修饰对基因功能和表型的影响的学科。
表观遗传学主要研究DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等方面的内容。
本文将从定义、历史、基本概念、研究方法、应用前景等方面全面阐述表观遗传学。
二、定义
表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下，细胞内发生的一系列可逆性修饰，如DNA甲基化和组蛋白修饰等，这些修饰可以影响染色质结构和基因转录活性，从而影响细胞分化和发育过程。
与传统遗传学
不同，表观遗传学并不关注DNA序列本身，而是关注在某个特定环境下某个特定细胞如何表达其基因。
三、历史
早在20世纪初期，人们就开始了解到DNA甲基化现象，并且认为这种现象可能与癌症等疾病有关。
1960年代起，人们开始探究组蛋白修饰的作用。
1990年代以来，随着技术的进步，表观遗传学逐渐成为了一个独立的学科。
四、基本概念
1. DNA甲基化：DNA甲基化是指在DNA分子上加上一个甲基基团，从而改变DNA的结构和功能。
这种修饰可以影响染色质结构和基因转录活性，从而影响细胞分化和发育过程。
2. 组蛋白修饰：组蛋白是染色体中最主要的蛋白质之一，它可以通过
乙酰化、甲基化、磷酸化等方式进行修饰，从而影响染色质结构和基
因转录活性。
3. 非编码RNA：非编码RNA是指不具有编码功能的RNA分子。
它
们可以通过多种方式调控基因表达，包括转录后调控、转录抑制等。
五、研究方法
1. 甲基化检测：通过PCR扩增或者测序等方法检测DNA分子上的甲
基化状态。
2. 组蛋白修饰检测：通过染色质免疫共沉淀等方法检测组蛋白上的修
饰状态。
3. RNA测序：通过高通量测序等方法检测基因转录水平和非编码
RNA表达水平。
4. CRISPR-Cas9技术：通过基因编辑技术改变细胞内的表观遗传修饰状态，从而研究这些修饰对基因功能和表型的影响。
六、应用前景
1. 癌症治疗：表观遗传学在癌症治疗中具有重要作用。
例如，DNA甲基化状态可以作为肿瘤早期诊断和治疗监测的标志物。
2. 基因治疗：表观遗传学在基因治疗中也具有应用前景。
例如，可以
通过调节染色质修饰状态来增强或抑制特定基因的表达水平，从而实现治疗目的。
3. 生殖医学：表观遗传学在生殖医学中也具有重要作用。
例如，可以通过调节胚胎染色质修饰状态来提高生育率和降低出生缺陷率。
七、结论
总体来说，表观遗传学是一门新兴的学科，在癌症治疗、基因治疗和生殖医学等方面具有广阔的应用前景。
未来，随着技术的不断进步，表观遗传学将会在更多领域发挥重要作用。